水泥基灌漿料用水量與性能分析研究

摘 要：水泥基灌漿料是以水泥作為主要基本材料，同時(shí)摻入骨料、外加劑和礦物摻合料等原材料按比例混合，再經(jīng)過專業(yè)加工而成的干混料。工程施工過程中，在水泥基灌漿材料中加入一定質(zhì)量的水，拌合均勻后就可以直接使用，它具備很好的流動(dòng)性、自密實(shí)性、早期強(qiáng)度、微膨脹性、不泌水等特點(diǎn)，越來越多地用于房建和公路橋梁的預(yù)制構(gòu)件拼裝工程中。本文基于同一種水泥基灌漿料，對五組不同的用水量攪拌均勻后材料的流動(dòng)度、泌水率、豎向膨脹率以及抗壓強(qiáng)度性能進(jìn)行試驗(yàn)，分析不同用水量對上述指標(biāo)的影響，得出用水量的控制對于確保水泥基灌漿料的性能合格和最終結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，精確控制水泥基灌漿料的用水量，實(shí)現(xiàn)水泥基灌漿料的最佳性能和工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：灌漿料；用水量；流動(dòng)度；豎向膨脹率；抗壓強(qiáng)度

1 前言

水泥基灌漿材料施工時(shí)只需加水拌合均勻即可灌入施工部位，且無需振搗，自密實(shí)性能高，可以明顯減少施工流程及施工周期，各行業(yè)在設(shè)備基礎(chǔ)施工、公路橋梁建造、混凝土結(jié)構(gòu)改造和加固等領(lǐng)域廣泛采用水泥基灌漿材料[1]。每一種水泥基灌漿材料都有其最佳使用用水量，但是在實(shí)際操作過程中，因?yàn)榧哟笥盟堪韬峡梢栽黾铀嗷酀{料的流動(dòng)度便于施工，且精確的用水量控制需要付出一定成本，施工人員對于用水量的控制往往不能嚴(yán)格按照推薦值進(jìn)行嚴(yán)格控制，經(jīng)常出現(xiàn)用水量較使用說明偏大或偏小的情況。

2水泥基灌漿料性能試驗(yàn)

2.1水泥基灌漿料

本次試驗(yàn)選用湖北某新型建筑材料有限公司Ⅲ類水泥基灌漿料，該材料具有高流動(dòng)性、保塑性、早強(qiáng)且超高強(qiáng)、漿體微膨脹等特點(diǎn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。

2.2用水量的選擇

根據(jù)廠家提供的最佳用水量0.13，上下浮動(dòng)0.01，選用0.11、0.12、0.13、0.14、0.15共5組用水量。

2.3性能試驗(yàn)

2.3.1試驗(yàn)環(huán)境要求

試驗(yàn)過程中的溫度應(yīng)確保在（20±2）℃范圍內(nèi)，相對濕度應(yīng)超過50%。灌漿料及其拌合用水的溫度也應(yīng)在（20±2）℃范圍內(nèi)且應(yīng)與試驗(yàn)室溫度保持一致。應(yīng)控制好養(yǎng)護(hù)箱溫度，使其均勻處在（20±1）℃范圍內(nèi)，相對濕度應(yīng)超過90%，成型好的試件應(yīng)置于（20±1）℃的水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.3.2流動(dòng)度試驗(yàn)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB/T 50448-2015中附錄A.0.2的要求，先稱取相應(yīng)質(zhì)量的水泥基灌漿料，再根據(jù)不同用水量稱取相應(yīng)的水泥基灌漿料，兩者放入行星式水泥膠砂攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，均勻地?cái)嚢?min。拌合完成后倒入預(yù)先濕潤過的截錐圓模中，待水泥基灌漿料漿體和試模上邊緣齊平時(shí)停止，將截錐圓模均勻且緩慢地提起，使水泥基灌漿料漿體在無外界干擾的條件下自由流動(dòng)，直至其流動(dòng)完全停止后，再輕輕放下截錐圓模。隨后使用游標(biāo)卡尺精確測量水泥基灌漿料漿體的最大擴(kuò)散直徑和垂直方向直徑，計(jì)算兩者的平均值，精確到1mm，以此作為初始流動(dòng)度的測量結(jié)果。為確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，整個(gè)測量過程需在6min內(nèi)完成。測量完成后，立即將灌漿料漿體放回?cái)嚢桢佒校⒃阱伾细采w一層濕毛巾以保持濕潤，從加水?dāng)嚢栝_始計(jì)時(shí)30min后，按照上述步驟重復(fù)實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果作為30min流動(dòng)度的保留值。

2.3.3泌水率試驗(yàn)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50080-2016進(jìn)行水泥基灌漿料拌合物的泌水率試驗(yàn)，記錄泌水情況。

2.3.4豎向膨脹率試驗(yàn)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB/T 50448-2015中附A.0.6的要求，先稱取相應(yīng)質(zhì)量的水泥基灌漿料，再根據(jù)不同用水量稱取相應(yīng)的水泥基灌漿料，兩者放入行星式水泥膠砂攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，充分?jǐn)嚢?40s后，將玻璃板平行放置于試模中間位置，并輕微按壓玻璃板。先從試模的一側(cè)開始均勻地倒入拌合好的漿體，同時(shí)在試模的另外一側(cè)觀察漿體情況，當(dāng)漿體從另外一側(cè)溢出且高出試模邊緣約2mm時(shí)即刻停止注漿，將濕棉紗覆蓋在玻璃板兩側(cè)，以保持漿體的濕潤度。同時(shí)，將百分表垂直固定在玻璃板中央，確保其安裝穩(wěn)固。在30s內(nèi)迅速讀取百分表的初始讀數(shù)，整個(gè)水泥基灌漿料漿體的成型過程必須在攪拌結(jié)束后的3min內(nèi)迅速完成，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性。從加水?dāng)嚢栝_始計(jì)時(shí)，分別在3h和24h時(shí)讀取千分表讀數(shù)。在試驗(yàn)過程中保證棉紗濕潤，試模不受振動(dòng)。

2.3.5抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB/T 50448-2015中附錄A.0.5的要求進(jìn)行水泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度成型試驗(yàn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求制作3組尺寸均為40mm×40mm×160mm的試件，分別作為水泥基灌漿料1d、3d、28d抗壓強(qiáng)度試件。按照既定的配合比要求，先稱取相應(yīng)質(zhì)量的水泥基灌漿料，再根據(jù)不同用水量稱取相應(yīng)的水泥基灌漿料，將兩者放入行星式水泥膠砂攪拌機(jī)內(nèi)充分?jǐn)嚢?40s后，向準(zhǔn)備好的試模中均勻慢速地注入水泥基灌漿料漿體，待水泥基灌漿料漿體和試模上邊緣齊平時(shí)停止。水泥基灌漿料在成型過程中試模不應(yīng)被擾動(dòng)，同時(shí)要求在6min內(nèi)完成水泥基灌漿料的成型工作。澆筑完成后立即覆蓋試模，成型好的水泥基灌漿料應(yīng)在室內(nèi)靜置2h后放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》GB/T 17671-2021進(jìn)行水泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1流動(dòng)度和泌水率

不同用水量水泥基灌漿料流動(dòng)度和泌水率試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1可知用水量對水泥基灌漿料漿體的流動(dòng)度影響很大，用水量為0.11和0.12時(shí)拌合物比較黏稠不好攪拌，流動(dòng)性較差，其中用水量為0.11時(shí)初始流動(dòng)度及30min保留值均不滿足規(guī)范要求，而且30min保留值都較小；用水量為0.14時(shí)，雖然初始流動(dòng)度和30min保留值均符合規(guī)范要求，但是由圖2可知，用水量為0.14時(shí)水泥基灌漿料漿體出現(xiàn)了少許泌水情況，泌水率無法滿足規(guī)范要求。用水量為0.15時(shí)，水泥基灌漿料漿體流動(dòng)性很大，同時(shí)水泥基灌漿料漿體30min的流動(dòng)度保留值相對較大，水泥基灌漿料漿體有嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象，泌水率值達(dá)到2.0%。用水量為0.13時(shí)，水泥基灌漿料漿體具有較好的流動(dòng)性，水泥基灌漿料漿體的初始流動(dòng)度與30min流動(dòng)度保留值同時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，泌水率值均為0%，不存在泌水情況，說明用水量為0.13的水泥基灌漿料漿體保水性能較好。

3.2豎向膨脹率

不同用水量水泥基灌漿料豎向膨脹率試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知用水量為0.13和0.14時(shí)，水泥基灌漿料漿體的兩項(xiàng)豎向膨脹率指標(biāo)（3h、24h與3h差值）均能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；用水量為0.11和0.12時(shí)， 3h豎向膨脹率能滿足規(guī)范要求，但由于用水量小，用于水化的水減少，導(dǎo)致后期漿體基本膨脹很少。在用水量為0.15時(shí)，3h時(shí)漿體出現(xiàn)了豎向膨脹率收縮、泌水等情況，原因是用水量較大導(dǎo)致過多的水分參與了水化反應(yīng)，造成水泥基灌漿料漿體出現(xiàn)下沉，水泥基灌漿料漿體中多余的水分會(huì)泌出，從而引起水泥基灌漿料漿體材料出現(xiàn)豎向膨脹率收縮增大現(xiàn)象。

3.3抗壓強(qiáng)度

不同用水量水泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，用水量越低，水泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度就越高，用水量為0.11和0.12的水泥基灌漿料在1d、3d、28d時(shí)的抗壓強(qiáng)度均大幅度超出標(biāo)準(zhǔn)要求，其中3d抗壓強(qiáng)度就分別達(dá)到了規(guī)范強(qiáng)度的160%、151%，說明低用水量水泥基灌漿料具有早期高強(qiáng)度的特點(diǎn)。

隨著用水量的增加水泥基灌漿料的抗壓強(qiáng)度在相應(yīng)地降低，當(dāng)用水量為0.15時(shí)，由于用水量的增加導(dǎo)致水泥基灌漿料漿體凝結(jié)時(shí)間的加長，早期硬化不夠無法使水泥基灌漿料漿體形成足夠的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度影響很大，基本無法形成相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度，1d抗壓強(qiáng)度只達(dá)到了規(guī)范要求的92%，3d、28d抗壓強(qiáng)度也只達(dá)到規(guī)范要求的98%、92%。

用水量對水泥基灌漿料的流動(dòng)度、泌水率、豎向膨脹率和抗壓強(qiáng)度影響很大，水泥基灌漿料對用水量比較敏感。用水量過小，流動(dòng)度差，流動(dòng)度過小的水泥基灌漿料，會(huì)直接造成灌漿受阻或者無法確保灌漿飽滿度，質(zhì)量無法滿足要求。確保流動(dòng)度性能指標(biāo)是水泥基灌漿料能夠正常使用的前置條件，這也導(dǎo)致施工過程中容易出現(xiàn)為確保流動(dòng)度而加大用水量，會(huì)使水泥基灌漿料出現(xiàn)嚴(yán)重的泌水收縮情況，同時(shí)水泥基灌漿料加水過多會(huì)導(dǎo)致水泥基灌漿料凝固時(shí)間延長、出現(xiàn)裂縫、空洞，尤其對強(qiáng)度影響最大。水泥基灌漿料的強(qiáng)度直接影響結(jié)構(gòu)物加固節(jié)點(diǎn)之間的整體性，當(dāng)水泥基灌漿料強(qiáng)度過低時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)連接有效性降低甚至失效，輕則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的會(huì)影響結(jié)構(gòu)之間力值的傳遞，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、整體垮塌等嚴(yán)重后果。

4結(jié)論

用水量是施工過程中影響水泥基灌漿料流動(dòng)度、泌水率、豎向膨脹率和抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。

流動(dòng)度是水泥基灌漿料能否正常使用的前置條件，流動(dòng)度過小會(huì)導(dǎo)致灌漿受阻或無法保證灌漿飽滿度，影響灌漿工程的質(zhì)量。增加用水量雖然可以提高流動(dòng)度，便于施工，但會(huì)導(dǎo)致泌水和收縮問題，影響水泥基灌漿料的凝固時(shí)間和最終強(qiáng)度，水泥基灌漿料的強(qiáng)度直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物加固節(jié)點(diǎn)之間的整體性和結(jié)構(gòu)安全。強(qiáng)度不足可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫、節(jié)點(diǎn)連接失效，甚至結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和垮塌。

根據(jù)用水量和各主要性能試驗(yàn)分析，嚴(yán)格按照使用說明規(guī)定的0.13用水量施工對于保障施工質(zhì)量至關(guān)重要，否則容易出現(xiàn)性能不合格現(xiàn)象。

水泥基灌漿料施工屬于隱蔽工程，一旦灌漿質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，后期處理復(fù)雜且效果有限，可能會(huì)對結(jié)構(gòu)性能造成不可逆的影響。因此，施工人員必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求的最佳用水量進(jìn)行攪拌和施工，確保水泥基灌漿材料達(dá)到最優(yōu)的施工性能。

參考文獻(xiàn)

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[3]GB/T 50448-2015 水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范.

[4]GB/T 50080-2016 普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn).